(57)【要約】【課題】  触媒下流のようなガス濃度の低い環境での使用に適したガスセンサ（触媒後方用ガスセンサ）であるか否かを、試料ガスを用いて評価するガスセンサ評価装置およびガスセンサ評価方法を提供する。【解決手段】  ガスセンサ評価装置１は、内燃機関の排気ガスのうち排気系統の触媒後に存在する触媒後排気ガスに含まれる成分と同一成分を有する触媒後試料ガスを供給して、評価対象ガスセンサ５１を評価する。また、ガスセンサ評価装置１は、触媒後試料ガスであって空燃比の範囲が狭い範囲に限定された試料ガスを用いて、ガスセンサのセンサ出力特性を検出し、ガスセンサを評価する。よって、ガスセンサ評価装置１は、触媒後方用ガスセンサに適したガスセンサを適切に識別することができ、触媒下流のようなガス濃度の低い環境での使用に適したガスセンサであるか否かを評価することができる。【選択図】  図３
2006017535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系統において排気ガスに含まれる酸素を検出するガスセンサについて、試料ガスに対するセンサ出力特性に基づき前記ガスセンサを評価するガスセンサ評価装置であって、
前記試料ガスとして、前記内燃機関の排気ガスのうち前記排気系統の触媒後に存在する触媒後排気ガスに含まれる成分と同一成分を有する触媒後試料ガスを供給する試料ガス供給手段と、
前記試料ガスを用いて、前記内燃機関における空燃比λの変化に対する前記ガスセンサのセンサ出力の変化を検出すると共に、前記空燃比が０．９９５以上１．０００未満の範囲である時の前記触媒後排気ガスに相当する前記触媒後試料ガスに対して前記ガスセンサが出力するリッチ側センサ出力値と、前記空燃比が１．０００より大きく１．００５以下の範囲である時の前記触媒後排気ガスに相当する前記触媒後試料ガスに対して前記ガスセンサが出力するリーン側センサ出力値と、を検出するセンサ出力検出手段と、
前記リッチ側センサ出力値と前記リーン側センサ出力値とを比較して前記空燃比の変化に対する前記センサ出力値の変化割合であるセンサ出力変化割合を演算し、該センサ出力変化割合が予め定められた触媒後方用判定基準範囲に含まれる場合に、当該ガスセンサが前記排気系統の触媒下流側に配置する触媒後方用ガスセンサに適すると判定し、前記センサ出力変化割合が前記触媒後方用判定基準範囲に含まれない場合に、当該ガスセンサが前記触媒後方用ガスセンサに適さないと判定する触媒後方用センサ判定手段と、
を備えることを特徴とするガスセンサ評価装置。
【請求項２】
内燃機関の排気系統において排気ガスに含まれる酸素を検出するガスセンサについて、試料ガスに対するセンサ出力特性に基づき前記ガスセンサを評価するガスセンサ評価方法であって、
前記試料ガスとして、前記内燃機関の排気ガスのうち前記排気系統の触媒後に存在する触媒後排気ガスに含まれる成分と同一成分を有する触媒後試料ガスを用いて、前記内燃機関における空燃比λの変化に対する前記ガスセンサのセンサ出力の変化を検出し、
前記空燃比が０．９９５以上１．０００未満の範囲である時の前記触媒後排気ガスに相当する前記触媒後試料ガスに対して前記ガスセンサが出力するリッチ側センサ出力値と、前記空燃比が１．０００より大きく１．００５以下の範囲である時の前記触媒後排気ガスに相当する前記触媒後試料ガスに対して前記ガスセンサが出力するリーン側センサ出力値と、を検出し、
前記リッチ側センサ出力値と前記リーン側センサ出力値とを比較して前記空燃比の変化に対する前記センサ出力値の変化割合であるセンサ出力変化割合を演算し、該センサ出力変化割合が予め定められた触媒後方用判定基準範囲に含まれる場合に、当該ガスセンサが前記排気系統の触媒下流側に配置する触媒後方用ガスセンサに適すると判定し、前記センサ出力変化割合が前記触媒後方用判定基準範囲に含まれない場合に、当該ガスセンサが前記触媒後方用ガスセンサに適さないと判定すること、
を特徴とするガスセンサ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気系統に備えられるガスセンサを試料ガスを用いて評価するためのガスセンサ評価装置およびガスセンサ評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の排ガス浄化用触媒における浄化能力の目安として、この触媒の酸素貯蔵能力（酸素ストレージ能力）に着目し、酸素検出が可能なガスセンサ（酸素センサ）を用いて酸素ストレージ能力を測定することによって、触媒の劣化具合を推定することが知られている。
【０００３】
具体的には、内燃機関の排気系統において、触媒の上流側（前方側）に触媒前方用ガスセンサを配置し、触媒の下流側（後方側）に触媒後方用ガスセンサを配置して、各ガスセンサのセンサ出力に基づき触媒の劣化具合を判定する。
【０００４】
触媒の浄化効率が高いときは、触媒の酸素ストレージ能力が高いため、触媒通過前（触媒前方）の排気ガスにおける空燃比のリッチ／リーン変化（即ち酸素分圧の変化）に比べて、触媒通過後（触媒後方）の排気ガスにおける空燃比のリッチ／リーン変化（即ち酸素分圧の変化）は、緩やかになる。つまり、触媒通過前の排ガスの空燃比にかかわらず、触媒通過後の排ガスの酸素分圧の変化幅が小さくなり、触媒後方用ガスセンサの出力電圧の振幅が小さくなる。
【０００５】
なお、リッチ空燃比とは、理論空燃比（空燃比λ＝１．０００）に比べて可燃成分が多く含まれる状態の空燃比であり、リーン空燃比とは、理論空燃比（空燃比λ＝１．０００）に比べて可燃成分が少ない状態の空燃比である。
【０００６】
一方、触媒の浄化効率が低くなると、触媒の酸素ストレージ能力が低くなるため、触媒通過前の排ガスの空燃比のリッチ／リーンの変化が触媒を通過してもほぼそのまま維持され、緩和されない。つまり、触媒通過前の排ガスの酸素分圧の変化が、触媒通過後の排ガスの酸素分圧の変化となって現れ、触媒後方用ガスセンサの出力電圧の振幅が触媒前方用ガスセンサと同様、大きくなる。
【０００７】
従って、触媒後方用ガスセンサの出力電圧を追跡すれば、内燃機関の排気系統に備えられる触媒の劣化状態を判定できるのである。
そして、このような触媒の劣化判定に用いるガスセンサのセンサ出力特性を評価するためのガスセンサ評価装置としては、排気ガスと同一成分を有する試料ガスを供給してガスセンサのセンサ出力特性を検出し、ガスセンサを評価する装置が知られている（特許文献１、特許文献２，特許文献３参照）。
【０００８】
なお、ガスセンサ評価装置は、試料ガスに含まれる成分を調整可能に構成されており、試料ガスとして、リッチ雰囲気での排気ガスと同一成分を有する試料ガスやリーン雰囲気での排気ガスと同一成分を有する試料ガスなど、実際の内燃機関で設定されうる広い空燃比の範囲に対応した試料ガスを生成できるよう構成されている。
【０００９】
このため、このガスセンサ評価装置は、内燃機関の空燃比変化に対するガスセンサのセンサ出力特性を検出でき、検出したセンサ出力特性が予め定められた判定基準を満足する場合に、そのガスセンサが正常動作すると判定することができる。
【特許文献１】特開２００１−１４１６８５号公報
【特許文献２】特許第２６２４５３１号公報
【特許文献３】特開昭６０−９５３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記従来のガスセンサ評価装置は、触媒前方用ガスセンサの評価（選別）について適している反面、触媒後方用ガスセンサの評価（選別）にまで適しているものとは言い難い面があった。つまり、従来のガスセンサ評価装置では、実際の内燃機関における排気系統のうち触媒よりも上流側の排気ガスと同程度の試料ガス（濃度の濃い試料ガス）を、評価対象のガスセンサに対して供給するものであるが、触媒の前方と後方とでは排気ガスのガス成分および濃度が著しく異なるために、触媒前排気ガスに相当する試料ガスを代用して触媒後方用ガスセンサを評価（選別）したのでは、適正に触媒後方用ガスセンサを評価しているとは言い難いのである。そのために、触媒後方用ガスセンサの評価については、実際の内燃機関にガスセンサを取り付けて実機での評価を行うことも検討されているが、近年では、試料ガスを用いて触媒後方用ガスセンサを評価する手法の確立が要望されている。
【００１１】
そこで、本発明はこうした問題に鑑みなされたものであり、触媒下流のようなガス濃度の低い環境での使用に適したガスセンサ（触媒後方用ガスセンサ）であるか否かを、試料ガスを用いて評価するガスセンサ評価装置およびガスセンサ評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系統において排気ガスに含まれる酸素を検出するガスセンサについて、試料ガスに対するセンサ出力特性に基づきガスセンサを評価するガスセンサ評価装置であって、試料ガスとして、内燃機関の排気ガスのうち排気系統の触媒後に存在する触媒後排気ガスに含まれる成分と同一成分を有する触媒後試料ガスを供給する試料ガス供給手段と、試料ガスを用いて、内燃機関における空燃比λの変化に対するガスセンサのセンサ出力の変化を検出すると共に、空燃比が０．９９５以上１．０００未満の範囲である時の触媒後排気ガスに相当する触媒後試料ガスに対してガスセンサが出力するリッチ側センサ出力値と、空燃比が１．０００より大きく１．００５以下の範囲である時の触媒後排気ガスに相当する触媒後試料ガスに対してガスセンサが出力するリーン側センサ出力値と、を検出するセンサ出力検出手段と、リッチ側センサ出力値とリーン側センサ出力値とを比較して空燃比の変化に対するセンサ出力値の変化割合であるセンサ出力変化割合を演算し、該センサ出力変化割合が予め定められた触媒後方用判定基準範囲に含まれる場合に、当該ガスセンサが排気系統の触媒下流側に配置する触媒後方用ガスセンサに適すると判定し、センサ出力変化割合が触媒後方用判定基準範囲に含まれない場合に、当該ガスセンサが触媒後方用ガスセンサに適さないと判定する触媒後方用センサ判定手段と、を備えることを特徴とするガスセンサ評価装置である。
【００１３】
このガスセンサ評価装置は、試料ガスとして、内燃機関の排気ガスのうち排気系統の触媒後に存在する触媒後排気ガスに含まれる成分と同一成分を有する触媒後試料ガスを供給しており、空燃比の範囲が狭い範囲に限定されるように調整された試料ガスを用いて、ガスセンサのセンサ出力特性を検出し、ガスセンサを評価することに特徴がある。
【００１４】
そして、本発明では、試料ガスとして、触媒後排気ガスと同一成分を有する触媒後試料ガスを供給するに際して、理論空燃比（λ＝１．０００）を境界とする狭い範囲のセンサ出力特性に基づきガスセンサのセンサ出力特性を判定することで、濃度の低い環境下でのガスセンサのセンサ出力特性を良好に判定できることが、本願発明者により確認された。
【００１５】
具体的に、本発明のガスセンサ評価装置は、理論空燃比（空燃比λ＝１．０００）を境界とする２つの空燃比範囲（リッチ側範囲、リーン側範囲）において、リッチ側範囲（空燃比が０．９９５以上１．０００未満の範囲）にてリッチ側センサ出力値を検出し、リーン側範囲（空燃比が１．０００より大きく１．００５以下の範囲）にてリーン側センサ出力値を検出する。さらに、本ガスセンサ評価装置は、リッチ側センサ出力値とリーン側センサ出力値との比較によりセンサ出力変化割合を演算して、センサ出力変化割合に基づいて評価対象のガスセンサが触媒後方用ガスセンサに適するか否かを判定している。
【００１６】
なお、触媒後方用ガスセンサとしては、触媒後試料ガスにより得られるセンサ出力特性に関して、理論空燃比の近傍におけるセンサ出力変化割合が小さいガスセンサが適していることが、本願発明者により確認されている。そして、本発明のガスセンサ評価装置は、理論空燃比の近傍で検出したリッチ側センサ出力値とリーン側センサ出力値とを比較してセンサ出力変化割合を演算し、その演算により得られるセンサ出力変化割合が所定の触媒後方用判定基準範囲に含まれる場合に、評価対象のガスセンサが触媒後方用ガスセンサに適すると判定する。このことから、本ガスセンサ評価装置は、触媒後方用ガスセンサに適したガスセンサを適切に識別することができる。
【００１７】
なお、触媒後方用判定基準範囲は、常時同一範囲を設定する場合に限られることはなく、評価対象となるガスセンサの実際の用途に応じて予め設定することで、ガスセンサを適切に評価することができる。例えば、実使用環境下で触媒後方用ガスセンサとして使用可能なガスセンサを用いて、センサ出力特性の実測データを採取して、上述したリッチ側センサ出力値およびリーン側センサ出力値に相当する実測データを採取し、実測データに基づいて触媒後方用判定基準範囲を設定することができる。
【００１８】
よって、本ガスセンサ評価装置によれば、触媒下流のようなガス濃度の低い環境での使用に適したガスセンサであるか否かを評価することができる。
なお、触媒後排気ガスに相当する触媒後試料ガスについては、以下に示すガス成分を用いて空燃比λを調整することが、触媒後方用ガスセンサの評価（選別）をより適切に実施する観点から好ましい。すなわち、Ｎ2 、ＣＯ2 、Ｈ2Ｏ を混合したベースガスに対して、Ｈ2 、ＣＯ、ＣＨ4 、ＮＯ、Ｏ2 から選ばれる成分を添加ガスとして適宜供給して、ベースガスを空燃比が０．９９５以上１．０００未満の範囲となるようにリッチに調整しつつ、ベースガスを空燃比が１．０００より大きく１．００５以下の範囲となるようにリーンに調整することが好ましい。さらに、上記ベースガスに添加されるＨ2 、ＣＯ、ＣＨ4 、ＮＯ、Ｏ2 の各添加濃度としては、触媒よりも下流側の排気ガスのように濃度を薄くして実際の触媒下流側における環境に近付けるべく、Ｈ2 ：０〜５００〔ｐｐｍ〕、ＣＯ：０〜１０００〔ｐｐｍ〕、ＣＨ4 ：０〜５００〔ｐｐｍ〕、ＮＯ：０〜６００〔ｐｐｍ〕、Ｏ2 ：０〜１０００〔ｐｐｍ〕の範囲内で調整することが好ましい。
【００１９】
次に、上記目的を達成するためになされた請求項２に記載の発明方法は、内燃機関の排気系統において排気ガスに含まれる酸素を検出するガスセンサについて、試料ガスに対するセンサ出力特性に基づきガスセンサを評価するガスセンサ評価方法であって、試料ガスとして、内燃機関の排気ガスのうち排気系統の触媒後に存在する触媒後排気ガスに含まれる成分と同一成分を有する触媒後試料ガスを用いて、内燃機関における空燃比λの変化に対するガスセンサのセンサ出力の変化を検出し、空燃比が０．９９５以上１．０００未満の範囲である時の触媒後排気ガスに相当する触媒後試料ガスに対してガスセンサが出力するリッチ側センサ出力値と、空燃比が１．０００より大きく１．００５以下の範囲である時の触媒後排気ガスに相当する触媒後試料ガスに対してガスセンサが出力するリーン側センサ出力値と、を検出し、リッチ側センサ出力値とリーン側センサ出力値とを比較して空燃比の変化に対するセンサ出力値の変化割合であるセンサ出力変化割合を演算し、該センサ出力変化割合が予め定められた触媒後方用判定基準範囲に含まれる場合に、当該ガスセンサが排気系統の触媒下流側に配置する触媒後方用ガスセンサに適すると判定し、センサ出力変化割合が触媒後方用判定基準範囲に含まれない場合に、当該ガスセンサが触媒後方用ガスセンサに適さないと判定すること、を特徴とするガスセンサ評価方法である。
【００２０】
このガスセンサ評価方法によれば、請求項１に記載の発明と同様に、理論空燃比（λ＝１．０００）を境界とする狭い範囲のセンサ出力特性を検出し、センサ出力変化割合が所定の触媒後方用判定基準範囲に含まれるか否かを判定することにより、触媒後方用ガスセンサに適したガスセンサを適切に識別することができる。
【００２１】
よって、本ガスセンサ評価方法によれば、触媒下流のようなガス濃度の低い環境での使用に適したガスセンサであるか否かを評価することができる。
なお、触媒後排気ガスに相当する触媒後試料ガスについては、以下に示すガス成分を用いて空燃比λを調整することが、触媒後方用ガスセンサの評価（選別）をより適切に実施する観点から好ましい。すなわち、Ｎ2 、ＣＯ2 、Ｈ2Ｏ を混合したベースガスに対して、Ｈ2 、ＣＯ、ＣＨ4 、ＮＯ、Ｏ2 から選ばれる成分を添加ガスとして適宜供給して、ベースガスを空燃比が０．９９５以上１．０００未満の範囲となるようにリッチに調整しつつ、ベースガスを空燃比が１．０００より大きく１．００５以下の範囲となるようにリーンに調整することが好ましい。さらに、上記ベースガスに添加されるＨ2 、ＣＯ、ＣＨ4 、ＮＯ、Ｏ2 の各添加濃度としては、触媒よりも下流側の排気ガスのように濃度を薄くして実際の触媒下流側における環境に近付けるべく、Ｈ2 ：０〜５００〔ｐｐｍ〕、ＣＯ：０〜１０００〔ｐｐｍ〕、ＣＨ4 ：０〜５００〔ｐｐｍ〕、ＮＯ：０〜６００〔ｐｐｍ〕、Ｏ2 ：０〜１０００〔ｐｐｍ〕の範囲内で調整することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の好適な実施形態を説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００２３】
図１は、本発明のガスセンサ評価装置１の概略構成を示す構成図である。
ガスセンサ評価装置１は、試料ガス供給部１１と、センサ反応部１３と、装置制御部１５と、試料ガス分析部１７と、を備えて構成されている。
【００２４】
試料ガス供給部１１は、第１ガス（Ｎ2 、ＣＯ2 、Ｏ2 ）とその他のガス（ＣＯ、Ｈ2 、Ｃ3Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、ＮＯ、ＣＨ4 ）とを貯蔵するガス貯蔵部２１と、各ガスの供給量を調整する流量調整部２３（マスフローコントローラ（ＭＦＣ））と、試料ガスに水分を添加する水分添加部１９と、を備えている。そして、試料ガス供給部１１は、装置制御部１５からの指令に応じて、第１ガスを第１ガス供給経路３１を介してセンサ反応部１３に供給し、その他のガスを第２ガス供給経路３３を介してセンサ反応部１３に供給する。なお、各ガスの供給量は、装置制御部１５からの指令に基づき設定される。
【００２５】
水分添加部１９は、水（Ｈ2Ｏ ）を貯蔵する水貯蔵部３５と、水分の供給量を調整する水流量調整部３７とを備えており、第１ガス供給経路３１を流れる第１ガスに対して、装置制御部１５からの指令に応じた量の水分を供給することにより、試料ガスの水分含有量を調整する。
【００２６】
なお、装置制御部１５は、試料ガスとして、内燃機関の排気ガスのうち排気系統の触媒（具体的には、三元触媒）後に存在する触媒後排気ガスに含まれる成分と同一成分を有する触媒後試料ガスを供給するように、試料ガス供給部１１を制御している。
【００２７】
センサ反応部１３は、試料ガスの流路になるとともに評価対象ガスセンサ５１が設置される反応部ガス配管４１と、反応部ガス配管４１における試料ガスを加熱するガス加熱部４３と、を備えている。
【００２８】
反応部ガス配管４１は、上流から下流にかけて、第１ガス導入部４５、第２ガス導入部４７、評価対象ガスセンサ設置部４９を備えており、第１ガス導入部４５から導入される第１ガスと、第２ガス導入部４７から導入されるその他のガスとを混合してなる試料ガスを、評価対象ガスセンサ５１に対して供給する構成である。
【００２９】
ガス加熱部４３は、反応部ガス配管４１のうち第１ガス導入部４５と第２ガス導入部４７との間の部位を取り囲むように配置されて、反応部ガス配管４１を加熱することで、第１ガス温度を調整している。なお、ガス加熱部４３は、反応部ガス配管４１の内部温度を図示しない温度センサを用いて検知してフィードバック制御を行うことで、ガス温度を目標温度に制御する。
【００３０】
装置制御部１５（ＣＰＵ１５）は、試料ガスの供給時に評価対象ガスセンサ５１が出力するセンサ出力に基づいて、評価対象ガスセンサ５１が、内燃機関の排気系統のうち触媒後方に設置される触媒後方用ガスセンサに適しているか否かを判定するためのセンサ評価処理を行う。
【００３１】
センサ評価処理では、試料ガス供給部１１に対して指令信号を出力し、試料ガスに含まれる各ガス成分の供給量を制御することで、任意の空燃比λに相当する試料ガスを評価対象ガスセンサ５１に対して供給する処理や、試料ガス供給時における評価対象ガスセンサのセンサ出力を検出する処理を行う。なお、装置制御部１５で実行される評価判定処理の詳細な処理内容は、後述する。
【００３２】
試料ガス分析部１７は、センサ反応部１３のうち評価対象ガスセンサ設置部４９の近傍における試料ガス成分を分析し、評価対象ガスセンサ５１に対して実際に供給される試料ガス成分の分析結果を装置制御部１５に対して出力するよう構成されている。なお、装置制御部１５は、試料ガス分析部１７からの分析結果に基づき、評価対象ガスセンサ５１に供給されている試料ガスがどの値の空燃比λに相当するのかを判定する。
【００３３】
次に、評価対象ガスセンサ５１の一例として、内燃機関の排気管等に装着されて排気ガス中の酸素を検出するガスセンサ１０１（酸素センサ１０１）について、図２を用いて説明する。なお、図２は、ガスセンサ１０１の全体構成を示す断面図である。また、図２に示すガスセンサ１０１のうち、図中の下側を「ガスセンサの先端側」として、図中の上側を「ガスセンサの後端側」として説明する。
【００３４】
図２に示すように、ガスセンサ１０１は、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）を主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質体により先端部が閉じた中空軸状に形成された検出素子１０２、検出素子１０２の内部に配置された軸状のセラミックヒータ１０３、検出素子１０２を収容するケーシング１０４などから構成されている。
【００３５】
検出素子１０２は、測定対象ガスを検出するための検出部１２５を先端部（図における下側端部）に備えると共に、検出部１２５にて検出される測定対象ガスに応じたガス検出信号を出力するための一対の信号出力電極（外側信号出力電極１２６および内側信号出力電極１２７）を備えて構成されている。なお、外側信号出力電極１２６および内側信号出力電極１２７は、例えば、ＰｔあるいはＰｔ合金により形成された多孔質電極として構成される。
【００３６】
セラミックヒータ１０３は、棒状形状に形成されると共に、内部に抵抗発熱線（図示せず）を有する発熱部１４２を備えており、ヒータ用リード線１１９，１２２を経て通電されることにより発熱部１４２が発熱して、検出素子１０２の先端部（検出部１２５）を加熱する。
【００３７】
ケーシング１０４は、検出素子１０２を保持すると共にその検出部１２５を排気管等の内部に突出させる主体金具１０５と、主体金具１０５の後端側開口部に接続される筒状形状の内筒部材１１４と、内筒部材１１４の後端側開口部に接続される筒状形状の外筒部材１１６と、を備えて構成されている。主体金具１０５、内筒部材１１４および外筒部材１１６が接続されてケーシング１０４が形成されると、ケーシング１０４の内部に、ガス検知（本実施例では、酸素検知）に用いる基準ガス（大気）を蓄積するための基準ガス空間１５８（内部空間）が形成される。
【００３８】
素子用リード線１２０，１２１およびヒータ用リード線１１９，１２２は、シール部材１１１のシール部材リード線挿通孔１１７、セパレータ１０７のセパレータリード線挿通孔１７１を通じて、外部からケーシング１０４の内部に設けられる基準ガス空間１５８に向けて配設される。素子用リード線１２０は、素子外面固定金具１４３を経て、検出素子１０２の外側信号出力電極１２６と電気的に接続されている。他方の素子用リード線１２１は、素子内面固定金具１４４を経て検出素子１０２の内側信号出力電極１２７と電気的に接続されている。
【００３９】
このように構成されたガスセンサ１０１は、先端部が測定対象ガスに晒されると、測定対象ガス中の酸素濃度に応じたガス検出信号（センサ出力信号）を出力することにより、測定対象ガス中の酸素濃度を検出するよう構成されている。
【００４０】
そのため、ガスセンサ１０１をガスセンサ評価装置１で評価する際には、ガスセンサ１０１の先端側が評価対象ガスセンサ設置部４９から反応部ガス配管４１の内部に配置される状態で、ガスセンサ１０１を評価対象ガスセンサ５１としてセンサ反応部１３に取り付て試料ガスを供給することで、ガスセンサ１０１の評価を行う。
【００４１】
次に、装置制御部１５が実行する評価判定処理の処理内容を表すフローチャートを図３に示すとともに、評価判定処理の処理内容について説明する。
評価判定処理が起動されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す。以下同様。）では、試料ガス供給部１１に対してガス供給開始指令信号を出力する。これにより、試料ガス供給部１１は、センサ反応部１３に対して試料ガス（第１ガス、その他のガス、水分）の供給を開始する。
【００４２】
次のＳ１２０では、空燃比の変更に応じた試料ガスの成分制御を行うとともに評価対象ガスセンサ５１のセンサ出力を検出し、試料ガスの空燃比に対するセンサ出力結果を装置制御部１５の記憶部（メモリなど）に記憶することで、空燃比変化に対する評価対象ガスセンサ５１のセンサ出力特性を検出する処理を行う。このとき、空燃比λの変化範囲は、リッチ側範囲（空燃比が０．９９５以上１．０００未満の範囲）のうち少なくとも１点を含み、リーン側範囲（空燃比が１．０００より大きく１．００５以下の範囲）のうち少なくとも１点を含むように設定される。
【００４３】
次のＳ１３０では、試料ガス供給部１１に対して、ガス供給停止指令信号を出力する。これにより、試料ガス供給部１１は、センサ反応部１３に対する試料ガス（第１ガス、その他のガス、水分）の供給を停止する。
【００４４】
続くＳ１４０では、Ｓ１２０で記憶したセンサ出力結果のうち、理論空燃比（λ＝１．０００）を境界とする２つの空燃比範囲（リッチ側範囲、リーン側範囲）においてそれぞれセンサ出力値を１点ずつ抽出し、空燃比変化に対するセンサ出力の変化割合（センサ出力変化割合）を演算する処理を行う。
【００４５】
詳細には、まず、リッチ側範囲（空燃比が０．９９５以上１．０００未満の範囲）にてリッチ側センサ出力値を抽出し、リーン側範囲（空燃比が１．０００より大きく１．００５以下の範囲）にてリーン側センサ出力値を抽出する。そして、リッチ側センサ出力値とリーン側センサ出力値との差分値（センサ出力差分値）を演算するとともに、リッチ側センサ出力値の検出時における空燃比と、リーン側センサ出力値の検出時における空燃比との差分値（空燃比差分値）とを演算し、センサ出力差分値を空燃比差分値で除算して得られる値の絶対値を、センサ出力変化割合Ｒａとして設定する演算処理を行う。
【００４６】
次のＳ１５０では、センサ出力変化割合Ｒａが触媒後方用判定基準範囲Ｄａに含まれるか否かを判定しており、センサ出力変化割合Ｒａが触媒後方用判定基準範囲Ｄａに含まれる場合（肯定判定する場合）にはＳ１６０に移行し、センサ出力変化割合Ｒａが触媒後方用判定基準範囲Ｄａに含まれない場合（否定判定する場合）にはＳ１７０に移行する。
【００４７】
なお、触媒後方用判定基準範囲Ｄａは、あらかじめ実使用環境下で触媒後方用ガスセンサとして使用可能なガスセンサを用いてセンサ出力特性の実測データを採取して、上述したリッチ側センサ出力値およびリーン側センサ出力値に相当する実測データを採取し、この実測データに基づいて設定されている。
【００４８】
そして、本実施形態においては、０以上かつ触媒後方用判定基準値Ｔｈ以下の範囲が触媒後方用判定基準範囲Ｄａとして設定されており、センサ出力変化割合Ｒａが０以上かつ触媒後方用判定基準値Ｔｈ以下の範囲内である場合には、肯定判定してＳ１６０に移行し、センサ出力変化割合Ｒａが触媒後方用判定基準値Ｔｈよりも大きい場合には、否定判定してＳ１７０に移行する。
【００４９】
Ｓ１５０で肯定判定されてＳ１６０に移行すると、Ｓ１６０では評価対象ガスセンサ５１が触媒後方用ガスセンサに適すると判定し、判定結果を外部に出力する。また、Ｓ１５０で否定判定されてＳ１７０に移行すると、Ｓ１７０では評価対象ガスセンサ５１が触媒後方用ガスセンサに適さないと判定し、判定結果を外部に出力する。
【００５０】
なお、外部への判定結果の出力形態としては、ＬＥＤあるいは液晶表示ディスプレイなどからなる表示装置に判定結果を表示する出力形態や、プリンタなどの印刷装置により印刷媒体（記録紙など）に判定結果を印字する出力形態や、スピーカなどの音声出力装置により判定結果を音声出力する出力形態などを採ることができる。
【００５１】
Ｓ１６０またはＳ１７０での処理が終了すると、評価判定処理が終了する。
次に、触媒後方用ガスセンサに適するガスセンサ（第１ガスセンサ）と触媒後方用ガスセンサに適さないガスセンサ（第２ガスセンサ）とについて、ガスセンサ評価装置１を用いて試料ガス供給時に各センサが出力するセンサ出力を検出し、各センサ出力を比較した測定結果について説明する。
【００５２】
第１ガスセンサおよび第２ガスセンサの空燃比変化に対するセンサ出力特性の測定結果を、図４に示す。図４では、横軸を空燃比とし、縦軸をセンサ出力とする座標平面上に測定結果波形を表している。
【００５３】
なお、触媒後方用ガスセンサとしては、濃度一定の試料ガスが供給されてセンサ出力が０．６［Ｖ］付近となる場合に、センサ出力波形の変動が小さく、安定したセンサ出力を示すガスセンサが適している。
【００５４】
そして、本測定では、測定条件として、ガス加熱部４３により定められるガス温度を４５０［℃］に設定し、ガス流量を４０［Ｌ／ｍｉｎ］に設定した。
また、試料ガスのガス組成は、Ｎ2 ：７１．１［％］、ＣＯ2 ：１３．３［％］、Ｏ2 ：０［％］、ＣＯ：３０〜１０００［ｐｐｍ］、Ｈ2 ：０［％］、Ｃ3Ｈ6：０［％］、Ｃ3Ｈ8：０［％］、ＮＯ：８０〜６００［ｐｐｍ］、ＣＨ4 ：５０［ｐｐｍ］、Ｈ2０ ：１５．５［％］としている。なお、本測定では、ベースガスとして、Ｎ2 、ＣＯ2 、Ｈ2Ｏ を用いつつ、一定量のＣＨ4 を添加した条件下で、ＣＯおよびＮＯの割合を変更することで、空燃比λが０．９９６〜１．００１までの範囲に対応する試料ガスを生成している。また、本測定では、試料ガスに含まれる各ガス成分の総和が１００［％］となるように各ガス成分の割合を設定するとともに、試料ガスとして、内燃機関の排気ガスのうち排気系統の触媒後に存在する触媒後排気ガスに含まれる成分と同一成分を有する低濃度の触媒後試料ガスを生成している。
【００５５】
図４に示すように、第１ガスセンサは、第２ガスセンサに比べて、空燃比λの変化量に対するセンサ出力の変化割合が小さいことが判る。そして、本実施形態のガスセンサ評価装置１により、リッチ側センサ出力値の検出時における空燃比を０．９９９とし、リーン側センサ出力値の検出時における空燃比を１．００１として、センサ出力変化割合Ｒａを演算した場合には、第１ガスセンサのセンサ出力変化割合Ｒａは、第２ガスセンサのセンサ出力変化割合Ｒａに比べて小さくなることが明らかである。
【００５６】
このことから、ガスセンサ評価装置１は、第２ガスセンサのセンサ出力変化割合よりも小さく、第１ガスセンサのセンサ出力変化割合よりも大きい値を触媒後方用判定基準値Ｔｈに設定し、ガスセンサの評価を行うことで、触媒後方用ガスセンサに適したガスセンサを適切に選別することができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態のガスセンサ評価装置１は、内燃機関の排気ガスのうち排気系統の触媒後に存在する触媒後排気ガスに含まれる成分と同一成分を有する触媒後試料ガスを供給して、評価対象ガスセンサ５１を評価しているという特徴がある。
【００５８】
また、ガスセンサ評価装置１は、触媒後試料ガスであって空燃比の範囲が狭い範囲に限定された試料ガスを用いて、ガスセンサのセンサ出力特性を検出し、ガスセンサを評価することに特徴がある。
【００５９】
そして、ガスセンサ評価装置１は、検出したセンサ出力値に基づき演算したセンサ出力変化割合Ｒａと、実測データに基づき設定された触媒後方用判定基準範囲Ｄａとを比較して、センサ出力変化割合Ｒａが触媒後方用判定基準範囲Ｄａに含まれる場合に、評価対象ガスセンサ５１が触媒後方用ガスセンサに適すると判定する。
【００６０】
よって、ガスセンサ評価装置１は、触媒後方用ガスセンサに適したガスセンサを適切に識別することができ、触媒下流のようなガス濃度の低い環境での使用に適したガスセンサであるか否かを評価することができる。
【００６１】
なお、本実施形態においては、試料ガス供給部１１が特許請求の範囲に記載の試料ガス供給手段に相当し、装置制御部１５で実行される評価判定処理のＳ１２０がセンサ出力検出手段に相当し、装置制御部１５で実行される評価判定処理のＳ１４０からＳ１７０が触媒後方用センサ判定手段に相当している。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、種々の態様をとることができる。
例えば、触媒後方用判定基準範囲は、常時同一範囲を設定する場合に限られることはなく、評価対象となるガスセンサの実際の用途に応じて予め設定することで、ガスセンサを適切に評価することができる。
【００６３】
また、評価対象となるガスセンサは、上述したガスセンサ１０１に限られることはなく、測定対象ガスに含まれる酸素を検出できる起電力変化型の検出素子を備えたガスセンサであればよく、例えば、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層の表裏面に検知電極と基準電極とを設けた素子部を少なくとも有する板状の検出素子を備えたガスセンサであっても良い。
【００６４】
さらに、上記実施形態では、試料ガスとして、リーン側の空燃比を調整するにあたって、Ｎ2 、ＣＯ2 、Ｈ2Ｏ を混合したベースガスに、ＣＯ、ＣＨ4 、ＮＯを適宜添加して、空燃比λが０．９９６〜１．００１までの範囲に対応する試料ガスを生成するようにしたが、試料ガス供給部１１のガス貯蔵部２１に示した上記以外のガス（Ｏ2 、Ｈ2 、Ｃ3Ｈ6、Ｃ3Ｈ8）を適宜用いて試料ガス（触媒後試料ガス）を生成しても良い。
【００６５】
なお、触媒後排気ガスに相当する触媒後試料ガスについては、以下に示すガス成分を用いて空燃比λを調整することが、触媒後方用ガスセンサの評価（選別）をより適切に実施する観点から好ましい。すなわち、Ｎ2 、ＣＯ2 、Ｈ2Ｏ を混合したベースガスに対して、Ｈ2 、ＣＯ、ＣＨ4 、ＮＯ、Ｏ2 から選ばれる成分を添加ガスとして適宜供給して、ベースガスを空燃比が０．９９５以上１．０００未満の範囲となるようにリッチに調整しつつ、ベースガスを空燃比が１．０００より大きく１．００５以下の範囲となるようにリーンに調整することが好ましい。さらに、上記ベースガスに添加されるＨ2 、ＣＯ、ＣＨ4 、ＮＯ、Ｏ2 の各添加濃度としては、触媒よりも下流側の排気ガスのように濃度を薄くして実際の触媒下流側における環境に近付けるべく、Ｈ2 ：０〜５００〔ｐｐｍ〕、ＣＯ：０〜１０００〔ｐｐｍ〕、ＣＨ4 ：０〜５００〔ｐｐｍ〕、ＮＯ：０〜６００〔ｐｐｍ〕、Ｏ2 ：０〜１０００〔ｐｐｍ〕の範囲内で調整することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】ガスセンサ評価装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】ガスセンサの全体構成を示す断面図である。
【図３】評価判定処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図４】第１ガスセンサおよび第２ガスセンサの空燃比変化に対するセンサ出力特性の測定結果である。
【符号の説明】
【００６７】
１…ガスセンサ評価装置、１１…試料ガス供給部、１３…センサ反応部、１５…装置制御部、１７…試料ガス分析部、１９…水分添加部、４３…ガス加熱部、５１…評価対象ガスセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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